Jak můžete těžit uhlí?

Uhlí je nerost v tuhém palivu, který hraje důležitou roli v energetice a průmyslu. Jedná se o přechodnou formu uhlí, která se nachází mezi hnědým uhlím a antracitem a vyznačuje se vysokým obsahem uhlíku [1].

Historicky bylo uhlí jedním z prvních zdrojů tepla a energie využívaných člověkem. Jeho používání sahá až do antického světa a první zmínky o něm jsou spojeny s díly Aristotela ve 2. století před naším letopočtem. a jeho žáka Theophrasta. Od té doby se uhlí stalo nedílnou součástí průmyslového rozvoje, zejména v době průmyslové revoluce, kdy bylo využíváno jako hlavní zdroj energie pro provoz továren a parních strojů [XNUMX] .

Moderní význam uhlí se nezmenšil, navzdory rozvoji alternativních zdrojů energie. I nadále je klíčovou složkou při výrobě energie a je důležitou surovinou pro chemický průmysl, včetně výroby oceli a dalších slitin [3] .

Tvorba uhlí

Proces tvorby uhlí zahrnuje pohřbívání rostlinných zbytků, které pod vlivem vysokých teplot a tlaku procházejí chemickými a fyzikálními změnami. V důsledku toho rašelina postupně ztrácí vodu, oxid uhličitý a metan, zatímco procento uhlíku v ní stoupá. Významnou roli v tomto procesu hrají mikroorganismy. Mikrobi mohou pomoci přeměnit zbytky plodin na dřevěné uhlí a metan, který vzniká biogeochemickými reakcemi, je důležitým indikátorem těchto procesů [4] .

Proces prouhelnění prochází několika fázemi, počínaje tvorbou hnědého uhlí, které se dále mění na černé uhlí a za určitých podmínek na antracit. V každé fázi se zvyšuje obsah uhlíku a snižuje se obsah vodíku a těkavých látek, takže uhlí je koncentrovanějším zdrojem energie. Nejaktivnější tvorba uhelných ložisek probíhala v různých geologických obdobích. Uhelné sloje mohou mít různou tloušťku a nacházet se v různých hloubkách, což určuje jejich způsoby těžby [4].

Příběh

První zmínka

První známá zmínka o uhlí patří starořeckému filozofovi Aristotelovi, který žil ve 5. století před naším letopočtem. Jeho student Theophrastus popsal uhlí ve svém Pojednání o kameni a zmínil jeho schopnost hořet jako dřevěné uhlí.[XNUMX]

V 6. století př. Kr. E. V čínské provincii Yunnan se při výrobě koksu ohřívalo uhlí bez přístupu vzduchu. Provincie Yunnan používala k ohřevu uhlí stejný postup, jaký dodnes používají dnešní metalurgové. Suroviny byly podrobeny tepelnému zpracování v komorách bez přístupu vzduchu [XNUMX].

Rozvoj uhelného průmyslu v Rusku

První zmínky o těžbě uhlí v Rusku pocházejí ze 7. století. Hlavní rozvoj uhelného průmyslu začal v XNUMX. století, zejména po výnosu Petra I. o vyhledávání a využití uhlí pro potřeby hutnictví [XNUMX].

V 8. století s rozvojem parních lokomotiv a začátkem průmyslové revoluce prudce vzrostla poptávka po uhlí. Ke zvýšení produkce přispělo otevření velkých uhelných pánví, jako jsou Doněck a Kuzněck [XNUMX].

Během Sovětského svazu dostal uhelný průmysl silný impuls k rozvoji. Byly zavedeny nové technologie a významně rozšířena infrastruktura pro těžbu a přepravu uhlí [9].

Od roku 2020 je Rusko jedním z největších producentů a vývozců uhlí na světě. V roce 2020 dosáhl objem produkce uhlí v zemi 402,1 milionu tun a do roku 2022 – 443,6 milionu tun. Většina uhlí se těží povrchovou těžbou a hlavní uhelné podniky jsou soustředěny v Sibiřském federálním okruhu [10].

Charakterizace

Fyzikální vlastnosti

• Barva: Obvykle černá, někdy šedočerná.
• Lesk: Pryskyřice nebo metalíza.
• Hustota: Uhlí je hustá hornina.
• Magnetické vlastnosti: Neferomagnetické (diamagnetické), ale minerální nečistoty mohou být paramagnetické.
• Tepelné vlastnosti: Blízko tepelným izolantům, což je důležité pro jeho využití v energetice [11].

Chemické vlastnosti

• Obsah uhlíku: 75 až 92 %.
• Obsah vodíku: Od 2,5 do 5,7 %.
• Obsah kyslíku: Od 1,5 do 15 %.
• Těkavé látky: Od 2 do 48 %.
• Vlhkost: Od 1 do 12 %.
• Spalné teplo: Nejvyšší spalné teplo z hlediska suchého, bezpopelnatého stavu se pohybuje od 30,5 do 36,8 MJ/kg [12].

Technologické vlastnosti

• Slinovací schopnost: Určena Hornovým indexem (RI) a tloušťkou plastové vrstvy v přístroji L. M. Sapozhnikova.
• Kapacita koksu: Důležitá vlastnost pro metalurgii, která určuje možnost využití uhlí k výrobě koksu [11] .

Značky

• Dlouhý plamen (D): Mít dlouhý plamen při hoření a vysoký obsah těkavých látek.
• Plyn (G): Obsahuje více plynů než jiné typy a používá se v plynových generátorech.
• Mastné (F): Mají dobrou slinovatelnost a používají se k výrobě koksu.
• Koksování (C): Vhodné pro výrobu koksu potřebného v metalurgii.
• Lean-sintering (OS): Mají omezenou schopnost slinování.
• Nízké slinování (SS): Špatně slinující, používané v energetice.
• Skinny (T): Obsahují minimální množství těkavých látek, využívaných především pro tepelnou energii [13] .

Velikosti frakcí

• Velký (K): Používá se ve velkých průmyslových kotlích.
• Ořech (O): Vhodné pro domácí kotle.
• Small (M) a seed (S): Používá se v malých kotelnách a pro technické potřeby.
• Shtyb (Sh): Malé frakce, používané pro výrobu briket a pelet [12].

Extrakční metody

Existují různé metody extrakce, z nichž každá má své vlastní charakteristiky a používá se v závislosti na konkrétních podmínkách [4].

Povrchová těžba je nejběžnější a ekonomicky nejvýhodnější, když jsou uhelné sloje umístěny mělce. Tato metoda zahrnuje použití velkých těžebních zařízení, jako jsou bagry a sklápěče, a dokáže rychle vytěžit velké objemy uhlí [14] .

Podzemní těžba se používá k těžbě uhlí z hlubokých slojí. Jedná se o složitější a nákladnější proces, který vyžaduje výstavbu dolů a podzemních děl a také použití specializovaných důlních zařízení [14].

Hydraulické štěpení je technika, při které se do uhelných slojí pod vysokým tlakem vstřikuje voda nebo jiné tekutiny, aby se uhlí rozbilo, což umožňuje jeho těžbu z těžko dostupných oblastí [15] .

Chemická těžba zahrnuje použití chemikálií k louhování uhlí, ale tato metoda zatím nenašla široké využití a je ve vývoji [15].

Světové zásoby a těžba uhlí

černé uhlí (miliony tun)

přihláška

Černé uhlí hraje důležitou roli v moderním průmyslu a energetice a má širokou škálu aplikací:

• Energetika: Uhlí se využívá především jako palivo pro tepelné elektrárny, které vyrábějí většinu elektřiny a tepla [17] .
• Hutnictví: V hutním průmyslu je uhlí potřeba k výrobě koksu, důležité složky při tavení železa a oceli [12] .
• Chemický průmysl: Uhlí slouží jako surovina pro výrobu mnoha chemických produktů, včetně umělého grafitu, síry, zinku, vzácných kovů, laků, barev a plastů[18].
• Domácí využití: Uhlí se používá k vytápění domácností, dále k výrobě pneumatikových sazí, topného plynu, kapalných hnojiv a kamenného vosku pro textilní průmysl [18] .
• Doprava: Uhlí se používá k výrobě paliv a maziv používaných v dopravním průmyslu [17] .
• Zemědělství: Produkty zpracování uhlí se používají při výrobě hnojiv a dalších agrochemikálií [17] .

Poznámky

1. ↑ Uhlí. Podrobný popis exponátu, audio průvodce, zajímavosti.(nespecifikováno) . artefakt. Datum přístupu: 24. března 2024.
2. ↑Uhlí je kámen. Fyzikální vlastnosti, popis, vklady a fotky. Kamenné uhlí.(nespecifikováno) . Katalog minerálů. Datum přístupu: 24. března 2024.
3. ↑Uhelný průmysl Ruska: produkce a export uhlí, průmyslové problémy, hlavní hráči(nespecifikováno) . Fabrikators.ru. Datum přístupu: 24. března 2024.
4. ↑ 4,04,14,2Golitsyn M.V.Uhlí(nespecifikováno) . Velká ruská encyklopedie. Datum přístupu: 5. dubna 2024.
5. ↑Černé uhlí – co to je, kde se těží, vlastnosti, popis a zajímavosti do zprávy stručně(nespecifikováno) . Obrazovaka.ru. Datum přístupu: 24. března 2024.
6. ↑Koks v metalurgii a proč je potřeba slévárenský koks(nespecifikováno) . Portál o šrotu, odpadech a ekologii. Datum přístupu: 24. března 2024.
7. ↑Uhelný průmysl Ruska v roce 2023(nespecifikováno) . Auditorská a poradenská skupina “Obchodní profil” (27. listopadu 2023). Datum přístupu: 24. března 2024.
8. ↑Petrov I.M.Uhelný průmysl Ruska před revolucí v roce 1917(nespecifikováno) . Časopis těžebního průmyslu (17. května 2019). Datum přístupu: 5. dubna 2024.
9. ↑Historie rozvoje hornictví ve světě(nespecifikováno) . Portál správy městské části Belovský (1. července 2011). Datum přístupu: 24. března 2024.
10. ↑O novém vydání programu rozvoje ruského uhelného průmyslu na období do roku 2035.(nespecifikováno) . Časopis těžebního průmyslu. Datum přístupu: 5. dubna 2024.
11. ↑ 11,011,1 XNUMX Černé uhlí ℹ️ složení, chemické a fyzikální vlastnosti, druhy a klasifikace(nespecifikováno) . Klub Nauka (5. srpna 2019). Datum přístupu: 24. března 2024.
12. ↑ 12,012,112,2 XNUMX XNUMX Vlastnosti uhlí – fyzikální, chemické, základní – složení uhlí a použití(nespecifikováno) . termobot. Datum přístupu: 24. března 2024.
13. ↑Druhy černého a hnědého přírodního uhlí – třídění podle jakosti, velikosti kusů, velikosti(nespecifikováno) . termobot. Datum přístupu: 24. března 2024.
14. ↑ 14,014,1 XNUMX Těžba uhlí: metody, zpracování a aplikace(nespecifikováno) . Továrny v Rusku – průmyslové podniky a výroba (13. listopadu 2020). Datum přístupu: 24. března 2024.
15. ↑ 15,015,1Klishin V.I., Taylakov O.V., Opruk G.Yu., Utkaev E.A., Klishin S.V.Metody hydraulického štěpení těžko havarovaných střech a uhelných slojí k eliminaci dynamických jevů v uhelných dolech(nespecifikováno) . Časopis těžebního průmyslu (20. října 2022). Datum přístupu: 5. dubna 2024.
16. ↑Julia Abdulbarová.Uhlí ve světě: těžba, export, import, zásoby, využití, perspektiva(nespecifikováno) . linDEAL.. Datum přístupu: 6. dubna 2024.
17. ↑ 17,017,117,2 Uhlí – vlastnosti, použití a tvorba uhlí(nespecifikováno) . Obrazovaka.ru. Datum přístupu: 24. března 2024.
18. ↑ 18,018,1 XNUMXJak se využívá uhlí? „Nestandardní“ aplikace(nespecifikováno) . Těžební průmysl (15. prosince 2020). Datum přístupu: 5. dubna 2024.

Tento článek má stav „připraveno“. To sice nevypovídá o kvalitě článku, ale hlavní téma už dostatečně pokryl. Pokud chcete článek vylepšit, klidně jej upravte!

Když jsem byl pozván, abych se podíval, jak se v Amurské oblasti těží uhlí, hned jsem nevěděl, kam letět. Moskvu a Amurskou oblast, kde se nacházejí uhelné doly společnosti Amur Coal (součást holdingu Russian Coal), dělí tisíce kilometrů, šest hodin letu a šest hodin časového rozdílu. Během letu se trochu vyspím, pomyslel jsem si, sbalil si vybavení, utáhl jet lag a letěl.

Když jsem dorazil na uhelná ložiska a řekl „lom“, okamžitě mě opravili – ne „lom“, ale „důl“. Řez, protože způsob těžby uhlí je takový, že když se odstraní hlušina, vytvoří se v zemi dlouhé prohlubně, které vypadají jako zářezy. Když se podíváte na severovýchodní úsek poblíž města Raichikhinsk z vesmíru, můžete vidět následující obrázek – pruhy v zemi charakteristické pro těžbu uhlí.

Těžba na povrchovém dole Severovýchod (rozloha 500 km2) se provádí od roku 1932. Povrchový důl Erkovetsky (plocha pole 1250 km2) začal zásobovat zemi uhlím v roce 1991. Mocnost uhelné sloje je zde 3,5 – 5 metrů.

Hnědé uhlí neleží příliš hluboko pod zemí, proto se těží povrchovou metodou, která je považována za bezpečnější, ekonomičtější a rychlejší. Při prvním pohledu na kus uhlí vyvstává otázka: “Proč je hnědý, když je černý?” Specialisté na Amurské uhlí mi ale vysvětlili, že dříve byla kvalita uhlí určována stopou čáry zanechané na porcelánovém talíři. Amurské uhlí, jak chápete, zanechává hnědou stopu.

Hnědé uhlí má méně kalorií než černé uhlí a antracit. Podíváme se na Wikipedii a zjistíme, že kalorická hodnota, tedy spalné teplo, je množství tepla uvolněného při úplném spálení hmotnostní nebo objemové jednotky látky. Uhlí má i další kvalitativní parametry – vlhkost a obsah síry, těkavých látek a popelovin. To vše pečlivě analyzují oddělení technologické kontroly kvality uhlí a uhelné chemické laboratoře.

Ale vraťme se k procesu těžby pevného paliva. Vše je zde na první pohled docela jednoduché – obří kráčející rypadlo s vlečným lanem otevírá uhlí (odstraňuje hlušinu) a menší rypadlo nakládá uhlí do aut. To je vše! Ale kdyby to bylo tak jednoduché, o lidi, kteří by chtěli těžit uhlí, nebyla nouze. Ve skutečnosti těžba uhlí vyžaduje velké investice, zkušenosti a znalosti, tým skutečných profesionálů s dovednostmi a schopnostmi, které jsou dnes již vzácné, a také rozsáhlý vozový park drahé těžařské a dopravní techniky, vlastní opravny nebo továrny, sklady automobilů, školicí střediska. Nebudu vás zatěžovat informacemi o tom, jak geologové uhlí hledají, jak získávají licenci k těžbě nerostů a přejděme k tomu nejzajímavějšímu a nejsrozumitelnějšímu.

Těžbu uhlí jsem vždy spojoval s velkými, žádnými, obrovskými bagry. Ve skutečnosti na uhelných dolech okamžitě upoutají pozornost svým působivým vzhledem a majestátním držením těla – šipky hrdě vztyčené vzhůru okamžitě dávají najevo, že se zde někde těží uhlí.

Název každého rypadla obsahuje zkratky. Například ESH 15/90 znamená Kráčející rypadlo, 15 metrů krychlových je objem lopaty a 90 metrů je délka výložníku. Celkem se v povrchových dolech Amurského uhlí používá 24 takových mastodontů, které se liší délkou ráhna a objemem lopaty. Do některých kbelíků se snadno vejde „bochník UAZ“, zatímco do jiných se vejde SUV Land Cruiser.

Odbedňování (těžba pískovce a hlíny) probíhá takto: obsluha bagru spustí lžíci na zem, poté ji pomocí ovládacích pák přitáhne k sobě a naplní ji.

Poté řidič otáčením základny a výložníku posune lopatu směrem k výsypkám a vysype ji. Za měsíc musí posádka bagru vytěžit asi 300 tisíc metrů krychlových horniny.

Tam, kde vlečné lano fungovalo, zůstávají hory hlušiny – skládky. Oblast, kde se těží uhlí, proto někdy připomíná měsíční krajinu. Ale jen tak dlouho, dokud bude těžba uhlí pokračovat. Po zastavění lokality se na ní provádí rekultivace – skládky se urovnají, nasype se úrodná vrstva zeminy, vysadí se stromy. Za pár let si většina lidí ani nevšimne, že se tu kdysi těžilo uhlí a pracovali chodící obři. Alespoň to mi řekli odborníci, opravdu nevím, jak se to děje.

Mezitím lze geologii studovat z krajiny úseku.

Mimochodem, poté, co vlečné lano dosáhlo uhlí a poté bylo uhlí vybráno (tj. v určité oblasti zcela vykopáno), je zářez zasypán stejnou horninou.

Bylo to pro mě zjištění, že kráčející rypadla (a mnoho dalších rypadel) fungují na elektrickou energii. Každý horský úsek dolu dostává elektřinu z rozvodny 35/6 kV.

Veškeré vybavení povrchových dolů funguje 24 hodin denně, sedm dní v týdnu: týmy pracují na směny. Drobné relaxace v práci lze provést pouze v případě abnormálně nízké teploty – když obří vědra začnou přimrzat těsně k zemi.

Více o vlečných lanech vám ale řeknu později v samostatném příspěvku. Přihlaste se k odběru komunity Jak se to dělá? tady na peekaboo, aby vám to neuniklo.

Uhelné sloje leží blízko spodní vody, proto je nutné ji neustále odčerpávat čerpadly. Zde je jasně vidět, která vrstva horniny byla odstraněna, aby se dostala k uhelným ložiskům.

No, pak je vše jednoduché – bagr EKG-5A nabírá uhlí do lopaty a nakládá ho přímo do automobilů, které je v běžné podobě odvezou ke spotřebiteli nebo na třídírnu uhlí.

Lopata rypadla EKG-5A pojme 5 kubíků uhlí a pro naplnění standardního vozu je potřeba do ní naložit 13-14 kbelíků uhlí.

Uhlí se přivádí k třídění, aby se rozdělilo na různé frakce. Místní elektrárna státní okres Raichikhinskaya a tepelná elektrárna Blagoveshchenskaya spotřebovávají jemnozrnné uhlí a větší frakce se používá pro potřeby bydlení a komunálních služeb, jinými slovy pro vytápění.

Takto vypadá prostor třídění uhlí zevnitř. Pokud nevíte, co to je a jak to funguje, další akce bude překvapením, stejně jako pro mě.

Jedná se o jakýsi „kolotoč“ pro kočáry. Operátor z boku zkontroluje, že vůz vjel na vyklápěcí plošinu, dá signál a vůz, který stojí na plošině, se zvedne a vysype obsah do přijímacího zásobníku.

Po několika sekundách tento obrovský mechanismus (nehybný boční sklápěč) vrátí vůz do předchozí polohy. Působivý pohled!

Z přijímače je uhlí posíláno složitým systémem dopravníků přes speciální štolu k třídění, kde je pomocí třídičů a vibračních třídičů rozděleno na různé frakce. No a pak do pece zajistit elektřinu a teplo.